KR101944871B1 - Steering position and torque sensor - Google Patents
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- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
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- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/105—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means
Abstract
하우징 안에 설치되는 회전축 어셈블리와 함께 사용되는 센서 회로가 개시되며, 상기 회전축 어셈블리는 입력축, 출력축 및 상기 입력축을 출력축에 연결하는 토션 바아를 갖는다. 회전축 어셈블리 주위에서 하우징에 설치되는 CR 코일이 통전되면 전자기장을 발생시킨다. RX 코일이 회전축 어셈블리에 설치되어 그 회전축어셈블리와 함께 회전하게 되며, 또한 제 1 코일에서 온 전자기장에 의해 여기되면 전기 에너지를 발생시키는 전력 회로에 연결되어 있는 출력부를 갖는다. 전력 회로는 각도 센서에 전력을 공급하며, 이 각도 센서는 입력축과 출력축 사이의 각도를 나타내는 신호를 다시 제 1 코일에 전달하게 된다. Disclosed is a sensor circuit for use with a rotating shaft assembly installed in a housing, the rotating shaft assembly having an input shaft, an output shaft, and a torsion bar connecting the input shaft to an output shaft. When the CR coil installed in the housing around the rotary shaft assembly is energized, an electromagnetic field is generated. An RX coil is mounted on the rotary shaft assembly and rotates together with the rotary shaft assembly and has an output connected to a power circuit that generates electrical energy when excited by an electromagnetic field in the first coil. The power circuit supplies power to the angle sensor which again transmits a signal indicative of the angle between the input shaft and the output shaft to the first coil.
Description
본 출원은 2011년 3월 2일에 출원된 미국 가 특허 출원 61/448,256의 우선권을 주장하며, 이의 내용은 본원에 참조로 관련되어 있다. This application claims priority to U.S. Provisional Patent Application 61 / 448,256, filed March 2, 2011, the contents of which are incorporated herein by reference.
본 발명은 일반적으로 각도 센서, 보다 구체적으로는, 입력축과 출력축 사이의 각도 센서에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates generally to angular sensors, and more particularly to an angle sensor between an input shaft and an output shaft.
자동차에서 사용되는 종류의 조향 시스템에서, 이 조향 시스템은 일반적으로 조향 휠에 연결된 입력축을 포함한다. 그리고 이 입력축은 토션 바아를 통해 출력축에 연결되며, 그리고 이 출력축은 링크를 통해 차량 휠에 기계적으로 연결된다. 따라서, 조향 휠이 회전하면, 성기 토션 바아, 출력축 및 조향 링크를 통해 자동차휠이 돌게 된다. In a steering system of the kind used in automobiles, the steering system generally includes an input shaft connected to the steering wheel. The input shaft is connected to the output shaft via a torsion bar, and the output shaft is mechanically connected to the vehicle wheel via a link. Thus, as the steering wheel rotates, the car wheel rotates through the genital torsion bar, the output shaft, and the steering link.
많은 상황에서, 조향 기구의 입력축과 출력축 사이의 각도 편향을 결정하는 것이 매우 바람직하다. 입력축과 출력축 사이의 각도 편향, 즉 토션 바아의 각도 편향의 정도는, 조향 휠 토크 및 파워 스티어링에 의해 제공되는 보조의 양을 결정하기 위해 차량 관리 시스템에 의해 이용된다. 예컨대, 차량 주차 상황 중에 차량이 멈춘 또는 거의 멈춘 경우에 그 차량이 회전하면, 일반적으로 입력축과 출력축 사이에 비교적 큰 각도 편향이 생기게 되고 그래서 차량 휠을 돌리기 위해 증가된 파워 보조가 필요하게 된다. 또한 이 편향이 약 20도를 초과하는 일은 좀처럼 없다. In many situations, it is highly desirable to determine the angular deviation between the input shaft and the output shaft of the steering mechanism. The degree of angular deviation between the input shaft and the output shaft, i.e., the degree of angular deflection of the torsion bar, is used by the vehicle management system to determine steering wheel torque and the amount of assistance provided by power steering. For example, if the vehicle rotates when the vehicle is stopped or nearly stopped during a vehicle parking situation, a relatively large angular deviation generally occurs between the input shaft and the output shaft, thus requiring increased power assistance to turn the vehicle wheel. It is also rare that this deviation exceeds about 20 degrees.
조향의 입력축과 출력축 사이의 각도 편향 외에도, 많은 상황에서 차량 휠의 각도 위치를 아는 것이 바람직하다. 조향 휠은 일반적으로 완전히 3 ∼ 4 회전할 수 있으므로, 차량 휠의 절대 각도 위치를 결정하기 위해 회전수를 계속 세는 것이 필요하다. In addition to the angular deviation between the input shaft and the output shaft of the steering, it is desirable to know the angular position of the vehicle wheel in many situations. Since the steering wheel can generally be rotated three to four times completely, it is necessary to continue counting the number of revolutions to determine the absolute angular position of the vehicle wheel.
조향 휠의 입력축과 출력축 사이의 각도 편향을 모니터링할 수 있는 시스템이 전부터 알려져 있다. 전부터 알려져 있는 이 시스템은 일반적으로 조향 입력축과 출력축 사이의 각토크(angular torque)를 측정하는 트랜스듀서(transducer)를 사용한다. 그러나, 조향 출력축은 3번 또는 4번까지만 회전할 수 있으므로, 전부터 알려져 있는 상기 장치의 경우에는, 조향 칼럼 내부에 긴 길이의 전기 케이블(일반적으로 리본 케이블)을 제공하는 것이 필요했다. 조향 휠의 복수 회전을 수용하기 위해 리본 케이블이 조향 칼럼 주위에 2번 또는 3번 감기도록 충분한 리본 케이블이 제공되었다. A system capable of monitoring the angular deviation between the input shaft and the output shaft of the steering wheel has been known for some time. This system, previously known, generally uses a transducer to measure the angular torque between the steering input shaft and the output shaft. However, since the steering output shaft can only be rotated three or four times, it has been necessary to provide a long length of electric cable (usually a ribbon cable) inside the steering column in the case of the previously known device. Sufficient ribbon cables have been provided so that the ribbon cable is wound around the
그러나, 전부터 알려져 있는 방안은 사용시 완전히 만족스러운 것은 아닌 것으로 밝혀졌다. 예컨대, 전기 커넥터가 연장 사용 후에 얽힐 수 있는데, 이렇게 되면, 케이블 및 조향 입력축과 출력축 사이의 각도 센서 사이의 전기적 연결부가 걸리거나 심지어 파손될 수 있다. 이런 일이 일어나면, 조향 시스템을 위한 토크 센서의 전체 작동이 훼손된다. However, previously known methods have not been found to be completely satisfactory in use. For example, the electrical connector can become entangled after extended use, which can cause electrical connections between the cable and the angle sensor between the steering input shaft and the output shaft to be caught or even broken. If this happens, the overall operation of the torque sensor for the steering system is compromised.
유사하게, 조향 휠의 복수 회전 중에 차량 휠의 각도 위치를 나타내는 출력 신호를 제공하는 시스템도 전부터 알려져 있다. 그러나, 전부터 알려져 있는 이 시스템은 지나치게 복잡하고 또한 구축 비용도 비싼 것으로 밝혀졌다. Similarly, systems for providing an output signal indicative of the angular position of the vehicle wheel during multiple rotations of the steering wheel have been known for some time. However, the previously known system was found to be overly complex and expensive to build.
본 발명은 전부터 알려져 있는 장치의 상기한 단점들을 극복하는 토크 센서 및 휠 위치 센서를 제공하고자 한다. The present invention seeks to provide a torque sensor and a wheel position sensor that overcome the above-mentioned disadvantages of previously known devices.
간단히 말하면, 본 발명에서 조합형 송수신 코일이 차량 조향 칼럼 주위에 동축으로 설치되며, 그 차량 조향 칼럼은 입력축, 출력축 및 입력축과 출력축을 함께 연결해 주는 토션 바아를 포함한다. 또한, 이 송수신 코일은 차량에 대해 움직이지 않으며 그래서 조향 칼럼에 대해서도 움직이지 않는다. Briefly, in the present invention, a combined transmitting and receiving coil is coaxially installed around a vehicle steering column, the vehicle steering column including an input shaft, an output shaft, and a torsion bar connecting the input shaft and the output shaft together. In addition, the transmitting and receiving coils do not move with respect to the vehicle and thus do not move with respect to the steering column.
바람직하게는, 상기 송수신 코일은, 조향 칼럼과 동축인 코일형 루프를 형성하는 전도성 트레이스를 갖는 PCB를 포함한다. ASIC와 같은 전자 회로가 상기 송수신 코일에 전기적으로 연결되어 있다. 그리고 이 송수신 코일은 차량의 전체적인 작동을 제어하는 엔진 제어 유닛(ECU)에 전기적으로 연결되어 있다. Advantageously, the transceiver includes a PCB having a conductive trace forming a coiled loop coaxial with the steering column. An electronic circuit such as an ASIC is electrically connected to the transmission / reception coil. The transmission / reception coil is electrically connected to an engine control unit (ECU) that controls the overall operation of the vehicle.
RX 코일과 수신 코일 모두를 포함하는 제 2 부유형(floating) PCB가 제 2 출력축과 일체로 회전하도록 그 출력축에 동축으로 설치되어 있다. RX 코일은 원형으로 되어 있다. 그러나, 수신 코일은 서로 반대로 감긴 적어도 2개의 수신 코일, 더 바람직하게는 8개 정도의 반대로 감긴 수신 코일을 포함하며, 이들 코일도 출력축 주위에 동축으로 배치된다. RX 코일 및 수신 코일 모두가 제 2 PCB에 형성되고 그리고 이 제 2 PCB는 출력축에 연결되므로, 수신 코일과 RX 코일은 그 출력축과 일체로 회전하게 된다. RX 코일 및 수신 코일은 또한 ASIC와 같은 전자 회로에 연결되며, 이 전자 회로도 제 2 PCB에 설치된다. A second floating PCB including both the RX coil and the receiving coil is coaxially mounted on the output shaft so as to rotate integrally with the second output shaft. The RX coil is circular. However, the receiving coil includes at least two receiving coils, and more preferably about eight, reversely wound receiving coils wound in opposite directions, and these coils are also arranged coaxially around the output shaft. Both the RX coil and the receiving coil are formed on the second PCB and the second PCB is connected to the output shaft so that the receiving coil and the RX coil rotate integrally with the output shaft. The RX coil and receive coil are also connected to an electronic circuit such as an ASIC, which is also mounted on the second PCB.
전기 전도성 다중 로브(lobe) 커플러가, 출력축에 부착된 부유형 PCB 상의 수신 코일 위에서 입력축에 설치된다. 상기 커플러와 수신 코일 사이의 각도는 입력축과 출력축 사이의 토크 각도를 나타낸다. An electrically conductive multiple lobe coupler is installed on the input shaft on the receive coil on the negative type PCB attached to the output shaft. The angle between the coupler and the receiving coil indicates a torque angle between the input shaft and the output shaft.
작동시, 고정형 PCB 상의 송수신 코일은 높은 주파수, 예컨대 2 ∼ 4 MHz에서 통전된다. 그 송수신 코일에 의해 발생된 전자기 에너지는 부유형 PCB 상의 회로에 전력을 주는 부유형 PCB 상의 RX 코일을 통전시킨다. 부유형 PCB는 또한 수신 코일의 전압에 따라 입력축과 출력축 사이의 각도 위치를 결정하는 ASIC 과 같은 회로를 포함한다. In operation, the transmit and receive coils on the fixed PCB are energized at high frequencies, such as 2-4 MHz. The electromagnetic energy generated by the transmit and receive coils energizes the RX coil on the negative type PCB, which powers the circuit on the negative type PCB. The negative type PCB also includes a circuit such as an ASIC that determines the angular position between the input and output axes depending on the voltage of the receive coil.
그리고 제 2 회로는, 고정형 PCB 상의 송수신 코일에서의 송신 주파수와 동일한 주파수로 변조되는 규정된 보드 속도(baud rate)로 디지털 출력 신호를 발생시킨다. 고정형 PCB 상의 회로는 부유형 PCB에서 온 신호를 복조시켜 원하는 정보를 차량 ECU에 제공한다. And the second circuit generates a digital output signal at a specified baud rate that is modulated at the same frequency as the transmit frequency at the transmit and receive coil on the fixed PCB. The circuit on the fixed PCB demodulates the signal from the negative PCB to provide the desired information to the vehicle ECU.
토크 센서, 즉 입력축과 출력축 사이의 각도는 바람직하게는 유도형 센서로 검출되지만, 홀 센서(Hall sensor)와 같은 다른 종류의 센서도 대안적으로 사용될 수 있다. The torque sensor, i.e. the angle between the input shaft and the output shaft, is preferably detected by an inductive sensor, but other types of sensors, such as a Hall sensor, can alternatively be used.
부유형 PCB 판상의 회로가 상기 고정형 PCB로부터의 전자기 전달에 의해 완전히 전력 공급을 받고 또한 데이타가 상기 고정형 PCB와 부유형 PCB 사이의 전자기 전달로 통신되므로, 조향 칼럼의 복수 회전이 가능하도록 이전부터 알려져 있는 추가의 긴 전기 커넥터에 대한 요구가 완전히 회피된다. 대신에, 본 발명에서 사용되는 전기 연결부만 상기 고정형 PCB 로부터의 전기 연결부가 된다. Since the circuit on the negative type PCB is fully powered by the electromagnetic transfer from the fixed PCB and the data is communicated by the electromagnetic transfer between the fixed PCB and the negative type PCB, The requirement for an additional long electrical connector is completely avoided. Instead, only the electrical connections used in the present invention are electrical connections from the stationary PCB.
휠의 실제 각도 위치를 결정하기 위해, 제 1 기어 휠이 바람직하게는 입력축 또는 출력축과 일체로 회전하도록 그 입력축 또는 출력축에 설치되어 있다. 그리고 이 기어 휠은 다른 잇수를 갖는 제 2 기어 휠과 맞물린다. 따라서, 제 1 및 2 기어 휠은 다른 회전 속도로 회전하게 된다. To determine the actual angular position of the wheel, the first gear wheel is preferably provided on its input or output shaft so as to rotate integrally with the input or output shaft. The gear wheel is engaged with the second gear wheel having a different number of teeth. Thus, the first and second gear wheels rotate at different rotational speeds.
상기 두 기어 휠의 각도 위치가 언제든지 결정될 수 있도록 위치 센서가 각각의 기어 휠과 관련되어 있다. 그러나, 그들 기어 휠은 서로 다른 회전 속도로 회전하므로, 제 1 기어 휠의 실제 각도 위치 및 차량 휠의 각도 위치는 조향 입력축과 출력축의 복수 회전까지 센서로 정확하게 결정될 수 있다. A position sensor is associated with each gear wheel so that the angular position of the two gear wheels can be determined at any time. However, since the gear wheels rotate at different rotational speeds, the actual angular position of the first gear wheel and the angular position of the vehicle wheel can be accurately determined by the sensors up to a plurality of rotations of the steering input shaft and the output shaft.
본 발명은 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 통해 더 잘 이해할 수 있을 것이며, 도면에서 유사한 참조 부호는 몇 개의 도 전체에 걸쳐 유사한 부분을 나타낸다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be better understood from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which like reference numerals designate like parts throughout the several views.
도 1 은 본 발명의 바람직한 일 실시 형태를 도시하는 측면도이다.
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시 형태의 입면도이다.
도 3 은 바람직한 실시 형태의 분해도이다.
도 4 는 본 발명의 작동을 도시하는 블럭도이다.
도 5 는 본 발명의 작동을 도시하는 개략도이다.
도 6 은 변조 회로의 바람직한 일 실시 형태를 도시하는 개략도이다.
도 8 은 휠 위치 센서의 바람직한 실시 형태의 일 부분을 도시하는 입면도이다.
도 9 는 휠 위치 센서의 작동을 도시하는 그래프이다.
도 10 은 디지털 신호에 대해 고정형 PCB가 부유형 PCB로부터 받는 신호를 도시하는 그래프이다.
도 11 은 아날로그 신호에 대해 고정형 PCB가 부유형 PCB로부터 받는 신호를 도시하는 그래프이다. 1 is a side view showing a preferred embodiment of the present invention.
2 is an elevational view of a preferred embodiment of the present invention.
Figure 3 is an exploded view of a preferred embodiment.
4 is a block diagram showing the operation of the present invention.
5 is a schematic diagram showing the operation of the present invention.
6 is a schematic diagram showing a preferred embodiment of the modulation circuit.
8 is an elevational view showing a portion of a preferred embodiment of the wheel position sensor;
9 is a graph showing the operation of the wheel position sensor.
10 is a graph showing a signal received from a negative type PCB by a fixed PCB with respect to a digital signal;
11 is a graph showing signals received from a negative type PCB by a fixed PCB for an analog signal.
도 1 ∼ 3 을 참조하면, 자동차에서 사용되는 종류의 조향 칼럼(10)이 도시되어 있다. 이 조향 칼럼(10)은 조향 휠(14)에 기계적으로 연결되는 입력축(12) 및 링크(미도시)에 의해 차량 휠에 기계적으로 연결되는 출력축(16)을 포함한다. Referring to Figures 1-3, there is shown a
상기 입력축(12)과 출력축(16)은 서로 동축으로 정렬되어 있으며 토션 바아(18)에 의해 기계적으로 함께 연결되어 있다. 그 토션 바아(18)는 입력축(12)이 조향 휠(14)에 가해지는 토크의 양에 따라 출력축(16)에 대해 약간 회전할 수 있도록 해준다. 그러나, 출력축(16)에 대한 입력축(12)의 회전량은 비교적 작은데, 일반적으로 20도 이하이다. The
계속 도 1 ∼ 3 을 참조하면, 고정형 인쇄 회로 기판(PCB)(20)이 바람직하게는 상기 토션 바아(18)의 일 단부에 인접하여 조향 칼럼(12) 주위에 동축으로 설치되어 있다. 또한, 이 고정형 PCB(20)는 차량 자체에 대해 고정되며 따라서 조향 칼럼(10)에 대해서는 움직이지 않는다. Referring still to Figures 1-3, a fixed printed circuit board (PCB) 20 is preferably coaxially mounted about the
원형 송수신 CR 코일(22)이 조향 칼럼(10)과 동축으로 상기 고정형 인쇄 회로 기판(20)에 형성되어 있다. 상기 CR 코일(22)은 ASIC와 같은 전자 회로(24)에 연결되고, 이 전자 회로는 케이블(26)에 의해 차량용 전자 제어 유닛(28)에 전기적으로 연결되어 있다.A circular transmission and
계속 도 1 ∼ 3 을 참조하면, 부유형 PCB(30)가 출력축(16)과 일체로 회전할 수 있도록 그 출력축(16)에 연결되어 있다. 원형으로 감긴 RX 코일(32)이 PCB 판 상에 있는 전도성 트레이스(trace)로 형성되어 있는데, 그 코일은 상기 고정형 PCB(20) 상의 CR 코일(22)이 활성화되면 상기 부유형 PCB(30) 상의 RX 코일(32)과 유도적으로 결합하게 되는 위치에 있다. 바람직하게는, 상기 코일(22, 32)은 서로 동축으로 정렬된다. 반대 방향으로 감긴 적어도 2개의 루프(36)(도 2)를 갖는 수신 코일(34)이 또한 부유형 PCB(30) 상의 전도성 트레이스로 형성되어 있다. 1 to 3, the
전기 전도성 커플러(38)가 입력축(12)과 일체로 회전할 수 있도록 그 입력축(12)에 부착되어 있다. 이 커플러(38)는 또한 도 3 에 나타나 있는 것과 같은 다중 로브(multi lobe)형과 같은 여러 형상들 중 어떤 형상으로도 될 수 있다. 상기 커플러(38)는 입력축(12)에 부착되고 부유형 PCB(30)는 출력축(16)에 부착되므로, 커플러(38)와 부유형 PCB(30) 사이의 상대 각도는 조향 휠(14)에 가해지는 토크의 양에 비례하게 된다. And the electric
이제 도 1 ∼ 4 를 참조하면, 상기 고정형 PCB(20) 상의 ASIC(24)은 높은 주파수, 예컨대 2 ∼ 4 MHz에서 진동하는 오실레이터(50)를 포함한다. 이 오실레이터(50)는 고정형 PCB(20) 상의 CR 코일(22)에 전기적으로 연결되어 그 코일을 여기시키게 된다. Referring now to FIGS. 1-4, the
상기 CR 코일(22)에 의해 발생된 신호는 부유형 PCB(30) 상의 RX 코일(32)에 유도적으로 연결된다. 또한 RX 코일(32)은 ASIC(52)에 전기적으로 연결되어 있는데, 이 ASIC은 전력 조절기(54)를 통해, CR 코일(22)에서 오는 전자기 방사선을 부유형 PCB(30) 상의 ASIC(52)에 전력을 공급하는데 충분한 전력으로 변환시킨다. 따라서, 제 2 ASIC(52)에 전력을 공급하기 위한 외부 전력 라인이 필요 없게 된다.The signal generated by the
부유형 PCB(30) 상의 상기 수신 코일(36)은 또한 제 2 ASIC(52)에 입력 신호로서 전기적으로 연결된다. 그 수신 코일은 서로 반대 방향으로 감긴 짝수개의 루프(36)(도 3)를 포함하므로, 수신 코일(36)에서의 전압은 부유형 PCB(30)에 대한 상기 커플러(38)의 회전 위치에 따라 변하게 된다. 예컨대, 수신 코일(32)에서의 제로의 전압은 조향 칼럼(10)의 입력축(12)과 출력축(16) 사이에 편향이 없음을 나타내고, 양의 전압은 입력축(12)과 출력축(16) 사이에 일 방향의 토크가 있음을 나타내며, 또한 음의 전압은 입력축(12)과 출력축(16) 사이에 반대 회전 방향의 토크가 있음을 나타낸다.The receiving
이제 도 5 를 참조하면, 고정형 PCB(20) 상의 CR 코일(22)에서 나오는 전자기 방사선을 전달하여 제 2 ASIC(52)에 전력을 공급하기 위한 일 구성, 즉 Jordi Sacristan-Riquelme 시스템이 도시되어 있다. 도 4 에 도시되어 있는 회로가 자명한 것이더라도 간단히 설명하면, 제 1 ASIC(24)에 있는 상기 오실레이터는 공진 주파수에서 LC 회로를 통전시켜 전자기 방사선을 발생시키게 된다. 그 전자기 방사선은 RX 코일(32)을 포함하는 LC 회로로 검출되어 제 2 ASIC(52)에 전력을 공급한다. 5, there is shown a configuration, i.e., a Jordi Sacristan-Riquelme system, for delivering electromagnetic radiation from a
이제 도 6 을 참조하면, 제 2 ASIC(52)은 고정형 PCB 판(20)에 주어지는 고정된 디지털 신호를 소정의 보드 속도(baud rate)(예컨대, 50,000 Hz)로 발생시키도록 프로그램되어 있다. 예컨대, 도 6 에 나타나 있는 바와 같이, 도 4 에 도시되어 있는 전력 회로에서 생긴 전력은 변조 회로(62)에 전력을 공급하기 위해 포트(60)에서 연결된다. 스위치(64)가 오실레이터(50)와 동일한 주파수로 개폐되어 RC 네트워크에 전력을 선택으로 공급한다. 그러나, 데이타 입력 포트(66)는 변조 주파수(예컨대, 50K)에서 제 2 스위치(68)를 제어하여 RC 네트워크에 있는 캐패시터(Cmod)를 선택적으로 접지시킨다. 이리하여, 상기 고정형 PCB(20) 상의 송수신 CR 코일(22)이 받는 진폭에 변화가 있게 된다.Referring now to FIG. 6, the
도 10 에 나타나 있는 바와 같이, ASIC2의 출력이 디지털 형식일 때, 데이타는 RFID 와 같은 방식으로 상기 고정형 PCB에 다시 보내지게 된다. 이진(binary) 데이타의 시퀀스는 IEEE802.3 에 따른 파형으로 인코딩되는데, 상승 에지(rising edge)는 "1"을 나타내고 하강 에지(falling edge)는 "0"을 나타낸다. 그런 다음에 상기 파형은 도 6 에 나타나 있는 회로를 통해 진폭 변조되어 신호로 된다. ASIC1은 데이타를 역순으로 디코딩하는데, 즉 도 7 에 나타나 있는 회로를 사용하여 상기 신호를 복조시켜 인코딩된 파형으로 되게 하고, 그리고 나서 그 파형을 디코딩시켜 이진 데이타 시퀀스로 되게 한다. As shown in FIG. 10, when the output of the
도 11 에 나타나 있는 바와 같이, ASIC2의 출력이 아날로그 형식일 때, 결과물은 먼저 PWM 파형으로 변환되고, 여기서 듀티 사이클(도면에 나타나 있는 td/tp)은 비틀림 각도를 나타낸다. 에컨대 50%의 듀티 사이클은 입력축과 출력축 사이에 비틀림 각도가 없음을 나타낸다. 50% 미만의 듀티 사이클은 일 방향으로 비틀림 각도가 있음을 나타내며, 또한 50% 보다 큰 듀티 사이클은 다른 방향으로 비틈림 각도가 있음을 나타낸다. 그리고 PWM 파형은 도 6 에 나타나 있는 회로를 통해 진폭 변조되어 신호로 된다. ASIC1은 추가 신호 처리를 위해 도 7 에 나타나 있는 회로를 사용하여 상기 신호를 복조시켜 PWM 파형으로 되게 한다. As shown in FIG. 11, when the output of the
상기 회로는 입력축과 출력축 사이의 각도의 크기 및 방향을 출력하도록 프로그램되어 있는 프로세서를 포함할 수 있다. The circuit may include a processor programmed to output the magnitude and direction of the angle between the input and output axes.
이제 도 7 을 참조하면, 상기 고정형 PCB 판 상의 ASIC(24)는 CR 코일(22) 상의 신호를 감쇠기(70)를 통해 받으며 그리고 라인(26) 상의 데이타 출력 신호로서 상기 신호를 밴드 패스 필터(72)와 증폭기(74)를 통해 상기 ECU(28)에 연결한다. 7, the
제 1 기어 휠에 있는 토크 센서 및 각도 센서 모두가 유도형 센서를 사용할 때는 동일한 송신기 및 동일한 전도성 커플러를 공유할 수 있다. 이러한 구성으로 부품을 절감할 수 있고 또한 그들 두 센서 간에 있을 수 있는 간섭을 완전히 없앨 수 있다. Both the torque sensor and the angular sensor on the first gear wheel can share the same transmitter and the same conductive coupler when using the inductive sensor. With this configuration, parts can be saved and the possible interference between the two sensors can be completely eliminated.
전술한 바로 알 수 있듯이, 본 발명은 자동차에 있는 조향 칼럼과 같은 토션 바아에 의해 함께 연결되는 두 회전 요소를 위한 효과적인 토크 센서를 제공한다. 센서의 회전부, 즉 부유형 PCB는 고정형 PCB(20)에서 오는 입사 방사선에 의해 완전히 전력 공급을 받으므로, 부유형 PCB(30) 상의 ASIC(52)에 전력을 공급하기 위한 외부 배선의 사용이 불필요하게 된다. As can be seen from the foregoing, the present invention provides an effective torque sensor for two rotary elements that are connected together by a torsion bar, such as a steering column in a motor vehicle. The use of external wiring to supply power to the
또한, 입력축(12)과 출력축(16) 사이의 상대 각도를 위한 센서가 유도형 센서인 것으로 설명되었지만, 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 다른 센서를 사용할 수도 있다. 예컨대, 홀 효과 센서를 대안적으로 사용하여 입력축(12)과 출력축(16) 사이의 각도를 검출할 수 있다. 또 다른 종류의 센서도 대안적으로 사용될 수 있다. Further, although the sensor for the relative angle between the
이제 도 8 을 참조하면, 자동차 조향 칼럼과 같은 많은 용도에서, 출력축(16)은 많은 회전수로 회전할 수 있다. 차량 휠의 실제 각도 위치를 결정하기 위해서는, 알려진 위치로부터의 출력축(16)의 순간 각도 위치 뿐만 아니라 그 출력축(16)의 회전수도 알 필요가 있다. Referring now to FIG. 8, in many applications, such as automotive steering columns, the
출력축(16)의 회전수를 결정하기 위해, 제 1 피니언(80)이 출력축(16)과 일체로 회전하도록 그 출력축(16)(또는 입력축(12))에 부착되어 있다. 이 피니언(80)은 또한 알려져 있는 소정의 잇수를 갖는다. The first pinion 80 is attached to the output shaft 16 (or the input shaft 12) so as to rotate integrally with the
상기 제 1 피니언(80)은 차량에 있는 고정축을 중심으로 회전할 수 있는 제 2 피니언(82)과 맞물린다. 그러나 제 2 피니언(82)은 제 1 피니언(80)과 다른 잇수를 갖고 있어, 피니언(80, 82)은 상이한 회전 속도로 회전하게 된다. The first pinion 80 engages with a second pinion 82 which is rotatable about a fixed axis in the vehicle. However, the second pinion 82 has a different number of teeth than the first pinion 80, and the pinions 80 and 82 rotate at different rotational speeds.
도 9 에서 가장 잘 볼 수 있듯이, 상기 두 피니언(80, 82)의 실제 각도 위치는 복수의 회전, 예컨대 4개의 회전에 대해 나타나 있다. 도 8 에 나타나 있는 바와 같이, 두 피니언(80, 82)의 실제 각도 위치는 출력축(16)의 소정의 완전 회전수에서만 동일하게 된다. As best seen in FIG. 9, the actual angular position of the two pinions 80, 82 is shown for a plurality of rotations, e.g., four rotations. 8, the actual angular positions of the two pinions 80 and 82 are the same only at a predetermined full revolution of the
어떤 종류의 통상적인 센서라도 될 수 있는 센서(84)가 두 피니언(80, 82)의 회전 위치를 언제든지 결정할 수 있도록 그 두 피니언(80, 82)에 작동 연결되어 있다. 언제 든지 두 피니언(80, 82)의 위치가 주어지면, 출력축(16)의 실제 회전 위치 및 회전수가 적절한 프로세서에 의해 프로그램된 바와 같이 도 8 에 나타나 있는 도표로부터 결정될 수 있다. A sensor 84, which may be any type of conventional sensor, is operatively connected to both pinions 80 and 82 to determine the rotational position of the two pinions 80 and 82 at any time. Given the position of the two pinions 80 and 82 at any time, the actual rotational position and number of rotations of the
따라서, 도 1 ∼ 6 에 도시되어 있는 토크 센서 및 도 7, 8 에 도시되어 있는 위치로, 자동차의 조향 시스템으로부터의 모든 원하는 정보가 엔진 ECU에서의 사용을 위해 결정될 수 있다.Thus, with the torque sensor shown in Figures 1-6 and the position shown in Figures 7 and 8, all desired information from the steering system of the vehicle can be determined for use in the engine ECU.
본 발명을 설명했지만, 당업자에게는 첨부된 청구의 요지 또는 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 대한 많은 변형이 명백할 것이다.Having described the invention, many modifications to the invention will become apparent to those skilled in the art without departing from the spirit or scope of the appended claims.
Claims (10)
상기 센서 회로는,
상기 하우징에 설치되고, 상기 회전축 어셈블리 주위에 환형으로 배치되며, 또한 주파수원에 의해 여기되면(excited) 전자기장을 발생시키게 되는 CR 코일,
상기 입력축과 출력축 중의 하나의 주위에 설치되는 RX 코일로서, 이 RX 코일이 상기 CR 코일에서 온 전자기장에 의해 여기되면, 상기 CR 코일에서 온 전자기장으로부터만 오로지 전력을 발생시키는 전력 회로에 연결되어 있는 RX 코일,
상기 전력 회로에 의해 전력 공급을 받으며, 상기 입력축과 출력축 중의 하나에 설치되고, 입력축과 출력축 사이의 각도를 나타내는 무선의 출력 신호를 상기 CR 코일에 발생시키는 각도 센서,
상기 CR 코일에서의 출력 신호를 받고 또한 입력축과 출력축 사이의 각도를 나타내는 센서 신호를 발생시키는 센서 출력 회로, 및
상기 회전축 어셈블리와 함께 회전하도록 그 회전축 어셈블리에 고정되는 구동 피니언, 상기 하우징에 회전가능하게 설치되는 피동 피니언, 그리고 상기 피동 피니언의 회전수와 회전 방향을 나타내는 계수(counter) 신호를 발생시키는 계수 회로를 포함하는 센서 회로.The sensor circuit comprising an input shaft, an output shaft, and a torsion bar connecting the input shaft to an output shaft, the sensor circuit comprising an output signal indicative of an angle between the input shaft and the output shaft, Lt; / RTI >
The sensor circuit includes:
A CR coil disposed in the housing and annularly disposed around the rotary shaft assembly and generating an electromagnetic field excited by a frequency source,
And an RX coil provided around one of the input shaft and the output shaft. When the RX coil is excited by an electromagnetic field from the CR coil, the RX coil connected to the power circuit generating only power from the ON electromagnetic field in the CR coil coil,
An angle sensor which is installed in one of the input shaft and the output shaft and generates a radio output signal indicative of an angle between the input shaft and the output shaft to the CR coil,
A sensor output circuit receiving the output signal from the CR coil and generating a sensor signal indicative of an angle between the input shaft and the output shaft,
A driving pinion fixed to the rotary shaft assembly so as to rotate together with the rotary shaft assembly, a driven pinion rotatably installed in the housing, and a coefficient circuit for generating a counter signal indicative of the rotational speed and rotational direction of the driven pinion Including sensor circuit.
상기 각도 센서는,
서로 반대로 감긴 적어도 2개의 루프를 가지며, 상기 입력축과 출력축 중의 상기 하나의 주위에 설치되며, 상기 CR 코일에서 온 전자기장 내에 위치되는 수신 코일,
상기 수신 코일의 서로 반대로 감긴 루프의 수와 같은 수의 로브(lobe)를 가지며, 상기 입력축과 출력축 중의 다른 하나에 설치되는 전기 전도성 커플러, 및
상기 입력축과 출력축 중의 상기 하나에 설치되며, 상기 전력 회로에 의해 전력 공급을 받는 출력 회로를 포함하고,
상기 전기 전도성 커플러는, 상기 수신 코일로부터의 전압 출력이 그 수신 코일에 대한 상기 커플러의 각도 위치에 따라 변하도록 상기 수신 코일 위에 있으며,
상기 출력 회로는 상기 수신 코일에서의 전압 신호를 입력 신호로서 받고 또한 상기 입력축과 출력축 사이의 각도를 나타내는 상기 센서 신호를 CR 코일에 발생시키는 센서 회로.The method according to claim 1,
Wherein the angle sensor comprises:
A receiving coil disposed around the one of the input shaft and the output shaft, the receiving coil having at least two loops wound in opposite directions to each other,
An electrically conductive coupler having a number of lobes equal to the number of loops wound opposite to each other in the receiving coil and provided on the other of the input shaft and the output shaft,
And an output circuit that is installed in the one of the input shaft and the output shaft and receives power supply by the power circuit,
The electrically conductive coupler is on the receive coil such that the voltage output from the receive coil varies with the angular position of the coupler relative to its receive coil,
Wherein the output circuit receives the voltage signal at the receiving coil as an input signal and generates the sensor signal indicative of the angle between the input shaft and the output shaft to the CR coil.
상기 CR 코일은 인쇄 회로 기판상의 전도성 트레이스(trace)를 포함하는 센서 회로.3. The method of claim 2,
Wherein the CR coil comprises a conductive trace on a printed circuit board.
상기 RX 코일은 인쇄 회로 기판상의 전도성 트레이스를 포함하는 센서 회로.3. The method of claim 2,
Wherein the RX coil comprises a conductive trace on a printed circuit board.
성기 수신 코일은 인쇄 회로 기판상의 전도성 트레이스를 포함하는 센서 회로.3. The method of claim 2,
The sensor receiving coil includes a conductive trace on a printed circuit board.
상기 RX 코일 및 수신 코일 모두는 인쇄 회로 기판상의 전도성 트레이스를 포함하는 센서 회로.3. The method of claim 2,
Wherein the RX coil and the receive coil both comprise conductive traces on a printed circuit board.
상기 커플러는 입력축에 설치되는 센서 회로.3. The method of claim 2,
Wherein the coupler is mounted on an input shaft.
상기 RX 코일 및 수신 코일 모두는 출력축에 설치되는 인쇄 회로 기판상의 전도성 트레이스를 포함하는 센서 회로. 3. The method of claim 2,
Wherein the RX coil and the receiver coil both include conductive traces on a printed circuit board mounted on the output shaft.
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